计算机组成原理形成性考核作业二(参考答案)
一、选择题：
1．计算机硬件能直接识别和运行的只能是_______程序。
A．机器语言B．汇编语言C．高级语言D．VHDL
答：A
2．指令中用到的数据可以来自_______（可多选）。
A．通用寄存器B．微程序存储器C．输入输出接口D．指令寄存器
E. 内存单元
F. 磁盘
答：A、C、E
3．汇编语言要经过_______的翻译才能在计算机中执行。
A．编译程序B．数据库管理程序C．汇编程序D．文字处理程序
答：C
4．在设计指令操作码时要做到_______（可多选）。
A．能区别一套指令系统中的所有指令
B．能表明操作数的地址
C．长度随意确定
D．长度适当规范统一
答：A、B、D
5．控制器的功能是_______。
A．向计算机各部件提供控制信号B．执行语言翻译
C．支持汇编程序D．完成数据运算
答：A
6．从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案_______，多指令周期方案_______，单指令周期方案_______。
A．最好B．次之C．最不可取D．都差不多
答：A、B、C
二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。
1．变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。√
说明：对的。变址寻址就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。采用变址寻址方式的指令常见有以下几种形式，如下所示：
LDR R0，[R1，＃4] ；R0←[R1＋4]
LDR R0，[R1，＃4]！；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4
LDR R0，[R1] ，＃4 ；R0←[R1]、R1←R1＋4
LDR R0，[R1，R2] ；R0←[R1＋R2]
2．计算机的指令越多，功能越强越好。×
说明：错的。并不一定，CISC比RISC指令更多，功能更强大，但并不比RISC好；
CISC存在的问题：指令系统庞大，指令功能复杂，指令格式、寻址方式多；执行速度慢；难以优化编译，编译程序复杂；80%的指令在20%的运行时间使用；无法并行；无法兼容；
RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。
3．程序计数器PC主要用于解决指令的执行次序。√
说明：对的。程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。
4．微程序控制器的运行速度一般要比硬连线控制器更快。×
说明：错的。正好相反
三、简答题：
1．一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？
答：一条指令通常由操作码和操作数两个部分组成。
指令的操作码一般有定长的操作码、变长的操作码两种组织方式。
定长操作码的组织方式应用在当前多数的计算机中；变长的操作码组织方式一般用在小型及以上的计算机当中。
定长操作码的组织方式对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度有利。
变长的操作码组织方式可以在比较短的指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足给出相应的操作数地址的要求。
2．如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？
答：是通过寻址方式来表示操作数的地址。
通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、间接寻址、堆栈寻址等。
3．为读写输入/输出设备，通常有哪几种常用的寻址方式用以指定被读写设备？
答：为读写输入/输出设备，通常有两种常用的编址方式用以指定被读写设备，一是I/O端口与主存储器统一的编制方式，另一种是I/O端口与主存储器彼此独立的编制方式。
4．简述计算机中控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原理方面有何相同和不同之处？
答：控制器主要由下面4个部分组成：
（1）程序计数器（PC），是用于提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，能执行内容增量和接收新的指令地址，用于给出下一条将要执行的指令的地址。
（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件，在执行本条指令的整个过程中，为系统运行提供指令本身的主要信息。
（3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。
（4）全部控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些另外的条件信号，来形成或提供出当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。
由于上述后两个部分的具体组成与运行原理不同，控制器被分为硬连线控制器和微程序控制器两大类。
微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。
共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。
不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。
微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。
组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。
5．控制器的设计和该计算机的指令系统是什么关系？
答：控制器的的基本功能，是依据当前正在执行的指令，和它所处的执行步骤，形成并提供在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。所以，控制器的设计和该计算机的指令系统是一一对应的关系，也就是控制器的设计应依据指令的要求来进行，特别是要分析每条指令的执行步骤，产生每个步骤所需要的控制信号。
6．指令采用顺序方式、流水线方式执行的主要差别是什么？各有什么优点和缺点？
顺序方式是，在一条指令完全执行结束后，再开始执行下一条指令。优点是控制器设计简单，容易实现，；缺点是速度比较慢。
指令流水线方式是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加不多的情况下很明显地提高了计算机的性能。追求的目标是力争在每一个指令执行步骤中完成一条指令的执行过程。实现思路是把一条指令的几项功能划分到不同的执行部件去完成，在时间上又允许这几个部件可以同时运行。
缺点是控制器设计复杂，比较不容易实现；突出的优点是速度明显提高。
计算机组成原理 要求： 1.独立完成，作答时要按照模版信息 ．．．．填写完整，写明题型、题号； 2.作答方式：手写作答或电脑录入，使用学院统一模版（模版详见附件）； 3.提交方式：以下两种方式任选其一， 1)手写作答的同学可以将作业以图片形式打包压缩上传； 2)提交电子文档的同学可以将作业以word文档格式上传； 4.上传文件命名为“中心-学号-姓名-科目.rar”或“中心-学号-姓名-科 目.doc”； 5.文件容量大小：不得超过10MB。 请在以下几组题目中，任选一组题目作答，满分100分。 第一组： 一、论述题（20分） 1、简述：一条指令通常由哪些部分组成？简述各部分的功能。 二、分析题（30分） 1、指令格式结构如下所示，使分析指令格式以及寻址方式特点。 15 10 9 5 4 0 1. 有一台磁盘机器，平均寻道时间为30ms，平均旋转等待时间为120ms，数据传输速率为500B/ms，磁盘机桑存放着1000件每件3000B的数据。现欲把一件数据取走，更新后放回原地，假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间。另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms，并且更新时间同输入输出操作不相重叠。试问：（20分）（1）更新磁盘上全部数据需要多少时间？ （2）若磁盘以及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少时间？2、有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（30分） （1）该存储器能存储多少个字节的信息？ （2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？ （3）需要多少位地址作为芯片选择？
第二组： 一、论述题（20分） 1、解释术语：总线周期。 二、分析题（30分） 1、CPU结构图如下图所示，其中有一个累加寄存器AC，各部分之间的连线表示数据通路，剪头表示信息传送方向。 （1）标明图中四个存储器的名称。 （2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。 （3）简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。 三、计算题（共50分） 1、已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录面道数为200道，平均查找时间为60ms，每道存储容量为96Kbit，求磁盘的存取时间与数据传播率。（20分） 2、今有4级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作，近假设完成各部操作的时间依次为100ns，100ns，80ns，50ns。请问：（30分） （1）流水线的操作周期应设计为多少？ （2）若相邻两条指令发生数据相关，并且在硬件上不采取措施，那么第二条指令推迟多少时间进行？ （3）若果在硬件设计上加以改进，至少推迟多少时间？
计算机组成原理作业三 1．设机器数字长为8位（含1位符号位在内），写出对应下列各真值的原码、补码和反码。 -13/64，29/128 2．设机器字长为8位（含1位符号位），用补码运算规则计算下列各题。 （1）A=9/64，B=-13/32，求A+B； 解： （1）A=9/64=（0.001 0010）2 B= -13/32=（-0.011 0100）2 [A]补=0.001 0010 [B]补=1.100 1100 [A+B]补= 0. 0 0 1 0 0 1 0 + 1. 1 0 0 1 1 0 0 1. 1 0 1 1 1 1 0 ——无溢出 A+B=（-0.010 0010）2 = -17/64 （2）A=19/32，B=-17/128，求A-B； 解： （2）A=19/32=（0.100 1100）2 B= -17/128=（-0.001 0001）2 [A]补=0.100 1100 [B]补=1.110 1111 [-B]补=0.001 0001 [A-B]补= 0. 1 0 0 1 1 0 0 + 0. 0 0 1 0 0 0 1 0. 1 0 1 1 1 0 1 ——无溢出 A-B=（0.101 1101）2 = 93/128 3. 试比较基址寻址和变址寻址。 答：基址寻址需设有基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容(称作基地址)相加。即EA＝A+(BR) 变址寻址有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和。即EA＝A+(IX) 变址寻址与基址寻址的有效地址形成过程极为相似。 两者的不同： 基址寻址主要用于为程序或数据分配存储空间，故基址寄存器的内容通常由操作系统或管理程序确定，而指令字中的A是可变的。 在变址寻址中，变址寄存器的内容是由用户设定的，在程序执行过程中其值可变，而指令字中的A是不可变的。变址寻址主要用于处理数组问题，在数组处理过程中，可设定A为数组的首地址，不断改变变址寄存器IX的内容，便可很容易形成数组中任一数据的地址，特别适合编制循环程序。 4．什么是中断？设计中断时需考虑哪些问题？ 答：当主机正在繁忙地处理它的具体事务时，某个外设向主机提出需要临时处理问题的请求，于是主机响应外设请求暂时中断正在执行的程序，转去处理外部事件，处理完后再返回到被中断程序的断点处继续执行原程序的过程，称为中断。
实验报告 课程名称计算机组成原理部件实验 实验项目实验二运算器组成实验 系别___ _计算机学院 _ ______ 专业___ 计算机科学与技术 ___ 班级/学号___计科1601/55___ 学生姓名 ______罗坤__ ________ 实验日期_（2018年4月12日） 成绩_______________________ 指导教师吴燕
实验二运算器组成实验一．实验目的 （1）掌握算术，逻辑运算单元的工作原理。 （2）熟悉多通用寄存器结构的简单运存器。 （3）进一步熟悉运算器的结构传送通路及控制方法。（4）按给定的各种操作流程完成运算。 二．实验电路
三．试验设备 数据通路板（B板）、控制信号板（A板）各一块。 四．实验数据 R0 ○OH→R0 SW=OH SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR0,T4 R1 ○**H→R1 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR1,T4 ○(R1)→DR1 YS1YS0=00 R1-BUS LDDR1,T4 ○(DR1)+1→R1 000001 ALU YS1YS0=11 LDR1,T4 YS1YS0=00 R1-BUS R2 ○**H→R2 SW=**H SW-BUS YS1YS0=11 LDR2,T4 ○(R2)→DR2 YS1YS0=00 R2-BUS LDDR2,T4 ○(DR2非)→R2 010110 ALU YS1YS0=11
YS1YS0=00 R2-BUS R1,R0 ○**H→R1 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR1,T4 ○(R1)→DR2 YS1YS0=00 R2-BUS LDDR2,T4 ○(DR2) →R0 YS1YS0=00 LDR0,T4 YS1YS0=00 R0-BUS R1,R0 ○**H→R1 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR1,T4 ○(R1)→DR1 YS1YS0=00 R1-BUS LDDR1,T4 ○**H→R0 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR0,T4 ○(R0)→DR2 YS1YS0=00 R2-BUS LDDR2,T4 ○(DR1)-(DR2)→R0 011001 ALU YS1YS0=11 LDR2,T4 YS1YS0=00
作业解答 第一章作业解答 1.1 基本的软件系统包括哪些内容？ 答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。 系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。 1.2 计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？ 答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。 输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。 输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。 存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。 运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。 控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。 1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？ 答：冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面： 1) 计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。 2) 采用二进制形式表示数据和指令。 3) 采用存储程序方式。 存储程序是指在用计算机解题之前，事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。在解题
过程（运行程序）中，由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。 1.4 早期计算机组织结构有什么特点？现代计算机结构为什么以存储器为中心？ 答：早期计算机组织结构的特点是：以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。 随着微电子技术的进步，人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里构成了微处理器。同时随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。为了适应发展的需要，现代计算机组织结构逐步转变为以存储器为中心。 1.5 什么叫总线？总线的主要特点是什么？采用总线有哪些好处？ 答：总线是一组可为多个功能部件共享的公共信息传送线路。 总线的主要特点是共享总线的各个部件可同时接收总线上的信息，但必须分时使用总线发送信息，以保证总线上信息每时每刻都是唯一的、不至于冲突。 使用总线实现部件互连的好处： ①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本； ②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。 1.6 按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？ 答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。 1.7 计算机的主要特点是什么？ 答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力
哈工大计算机组成大作业 哈工大计算机组成原理自主实验 计算机组成原理自主实验报告 第四章‐实验1 一个2114 存储芯片的实现 要求：外特性与2114 芯片一致（P77，图4.12），可以设计成为64*64 个存储单元的堆。 A0-A9：地址线 I/O：数据输入输出线 CS：片选信号 R/W：读写信号 VHDL代码： library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity shiyan41 is PORT(clk, we, cs,reset: in STD_LOGIC; data: inout STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); adr: in STD_LOGIC_VECTOR(9 downto 0)); end shiyan41; architecture Behavioral of shiyan41 is typemem is array (63 downto 0) of STD_LOGIC_VECTOR(63 downto 0); signal data_in: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); signaldata_out: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); signalsram : mem; signalcs_s : std_logic; signalwe_s : std_logic; signaladdr_in_row: std_logic_vector(5 downto 0);
第3章习题参考答案 2、已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用存条结构形式，问； (1) 若每个存条为16M ×64位，共需几个存条? (2) 每个存条共有多少DRAM 芯片? (3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各存条? 解： (1) 共需 条464 1664 226=??M 存条 (2) 每个存条共有 328 464 16=??M M 个芯片 (3) 主存共需多少 1288 464 648464226=??=??M M M 个RAM 芯片， 共有4个存条，故CPU 选择存条用最高两位地址A 24 和A 25通 过2：4译码器实现；其余的24根地址线用于存条部单元的选择。 3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5μS ，CPU 在1μS 至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解： (1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，需要用 16448 1632 64=?=??K K 个芯片，其中每4片为一组构成16K ×32 位——进行字长位数扩展(一组的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D 0~D 7、D 8~D 15、D 16~D 23和D 24~D 31，其余同名引脚互连)，需要低14位地址(A 0~A 13)作为模块各个芯片的部单元地址——分成行、列地址两次由A 0~A 6引脚输入；然后再由4组进行存储器容量扩展，用高两位地址A 14、A 15通过2：4译码器实现4组中选择一组。画出逻辑框图如下。 (2) 设刷新周期为2ms ，并设16K ?8位的DRAM 结构是128?128?8存储阵列，则对所有单元全部刷新一遍需要128次(每次刷新
计算机组成原理 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题1分，共20分) 在每小题列出的备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。 1.[X]补＝1.000……0，它代表的真值是( )。 A.－0 B.－1 C.＋1 2.16. CPU响应中断的时间是( )。 A.一条指令结束； B.外设提出中断； C.取指周期结束。 3.存储字是指( )。 A．存放在一个存储单元中的二进制代码组合 B．存放在一个存储单元中的二进制代码个数 C．存储单元的集合。 4.下列说法中( )是正确的 A.指令周期等于机器周期； B.指令周期大于机器周期； C.指令周期是机器周期的两倍 5.计算机只懂机器语言，而人类熟悉高级语言，故人机通信必须借助( )。, A．编译程序； B．编辑程序； C．连接程序； D．载入程序。 6.补码10110110代表的是十进制负数( )。 A．-74
B．-54 C．-68 D．-48 7.设寄存器位数为8位，机器数采用补码形式(含一位符号位)。对应于十进制数-27，寄 器内容为( )。 A.27H B.9DH C.E5H。 8.堆栈指针SP的内容是( )。 A.栈顶单元内容 B.栈顶单元地址 C.栈底单元内容 D.栈底单元地址 9.单地址指令( )。 A.只能对单操作数进行加工处理 B.只能对双操作数进行加工处理 C.无处理双操作数的功能 D.既能对单操作数进行加工处理，也能在隐含约定另一操作数(或地址)时，对双操 作数进行运算 10.电子计算机的算术／逻辑单元、控制单元及存储器合称为( )。 A.CPU B.ALU C.主机； D.UP 11.挂接在总线上的多个部件（）。 A.只能分时向总线发送数据，并只能分时从总线接收数据 B.只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据 C.可同时向总线发送数据，并同时从总线接收数据
- 1 - 西南大学培训与继续教育学院课程考试试题卷 学期：2020年秋季 课程名称【编号】： 计算机组成原理 【0013】 A 卷 考试类别:大作业 满分：100 分 一、大作业题目 1. 已知：x= 0.1011，y = - 0.0101，求 ：[ 21x]补，[ 41 x]补，[ - x ]补，[21y]补，[4 1 y]补，[ - y ]补 1. 解： [ x ]补du = 0.1011 ， [ y ]补 = 1.1011 [1/2 x ]补 = 0.01011 ， [1/2y]补 = 1.11011 [1/4 x ]补 = 0.001011 ，[ 1/4 y ]补 = 1.111011 [ - x ]补 = 1.0101 ， [ - y ]补 =0.0101 2.指令有哪些寻址方式？设指令格式如下所示，其中OP 为操作码，试分析指令格式特点。 18 12 11 10 9 5 4 0 OP ---------- 源寄存器 目标寄存器 3.动态存储器为什么要刷新？刷新有哪些方法？完成由2K ×4位芯片构成4K ×8位存储器连接图。 动态MOS 存储单元存储信息的原理，是利用MOS 管栅极电容具有暂时存储信息的作用。但由于漏 电流的存在，栅极电容上存储的电荷不可能长久保持不变，因此为了及时补充漏掉的电荷，避免存储信息丢失，需要定时地给栅极电容补充电荷，通常把这种操作称作刷新或再生。 常用的刷新方式有三种，一种是集中式，另一种是分散式，第三种是异步式。 集中式刷新：在整个刷新间隔内，前一段时间重复进行读/写周期或维持周期，等到需要进行刷新操作时，便暂停读/写或维持周期，而逐行刷新整个存储器，它适用于高速存储器。 分散式刷新：把一个存储系统周期t c 分为两半，周期前半段时间t m 用来读/写操作或维持信息，周期后半段时间t r 作为刷新操作时间。这样，每经过128个系统周期时间，整个存储器便全部刷新一遍。 异步式刷新：前两种方式的结合 芯片数=总容量/容量=4k*8÷2k*4=4片。将每四块分为一组，形成32位的数据宽度，根据该储存容量大小一共需要16位地址线（可以根版据储存容量除以数据宽度来确定）。 将32K*8芯片组成128K*16的只读度器，所以首先位扩展将数据线8扩展到16，即D0~D15，然问后字 扩展32K 是15条地址线，128是17条地址线，所以要答用2/4译码器将地址线15扩展到17，需要用到的芯片是(128/32)*(16/8)=8，连接如图所示！红色为A0~A14的地址总线。 4. 今有4级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作，今假设完成各步操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns 。请问：（1）流水线的操作周期应设计为多少？（2）若相邻两条加减法指令发生数据相关（ADD ：R1，R2，R3 ；R2+R3->R1与SUB ：R4,R1,R5；R1-R5->R4），而且在硬件上不采取措施，那么第二条指令要推迟多少时间进行。（3）如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？ 5.什么是中断？什么是多重中断？假定硬件原来的响应顺序为0→1→2，试设置中断屏蔽字，将中断优先级改为1→2→0。（注：中断允许用“0”表示，中断禁示“1”表示）。 二、大作业要求 大作业共需要完成三道题： 第1-2题选作一题，满分35分；
《计算机组成原理》作业(三) 学完6-7章后可以完成作业(二)。作业总分100分,将作为平时成绩记入课程总成绩。 一、简答题(每题6分,共30分) 1、什么就是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载,总线上的部件应具备什么 特点？ 答:总线就是连接各个部件的信息传输线,就是各个部件共享的传输介质。总线 上信息传输的特点:某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息, 但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。 以CPU片内总线为例,在每个需要将信息送至总线的寄存器输出端接三态门,由三态 门控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。当控制端无效时,寄存器与总线之间呈 高阻状态。 2、为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种 方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？ 答:总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题; 常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询、独立请求; 特点:链式查询方式连线简单,易于扩充,对电路故障最敏感;计数器定时查询方式 优先级设置较灵活,对故障不敏感,连线及控制过程较复杂;独立请求方式速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高。 3、简要说明程序中断接口中IM、IR、EI、RD、BS五个触发器的作用。 五个触发器的作用: 中断屏蔽触发器(IM):CPU就是否受理中断或批准中断的标志。Im标志为“0” 时,CPU 可受理外界中断请求。 中断请求触发器(IR):暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号,IR标志为“1” 时, 表示设备发出了中断请求。 允许中断触发器(EI):用程序指令来置位,控制就是否允许某设备发出中断请求。IE 为“1”时,某设备可以向CPU发出请求。 准备就绪的标志(RD):一旦设备做好一次数据的接收或发送,便发出一个设备动作完 毕信号,使RS标志为“1”。 工作触发器(BS):设备“忙”的标志。BS=1,表示启动设备工作
实验三：八位运算器组成实验 一：实验目的： 1：掌握运算器的组成原理、工作原理； 2：了解总线数据传输结构； 3：熟悉简单的运算器的数据通路与控制信号的关系； 4：完成给定数据的算术操作、逻辑操作； 二：实验条件： 1：PC机一台； 2：MAX+PLUSⅡ软件； 三：实验内容（一） 1：所用到的芯片 74181：四位算术逻辑运算单元； 74244：收发器（双向的三态缓冲器） 74273：八位D触发器； 74374：八位D锁存器； 74163：八进制计数器； 7449：七段译码器 2:实验电路图 （1）运算器电路图 （A）数据输入电路由两个十六进制计数器连接成16*16=256进制的计数器，可以实现八位的输入。 （B）运算功能选择电路由一个十六进制计数器组成，可以实现16种不同运算的选择。再加上逻辑运算器上的M位和Cn位的选择，一共可以实现16*3=48种运算功能。内部由一个74163构成。
内部结构： （C）数码管扫描显示电路由一个扫描电路scan和一个七段译码器7449组成，scan 内部是一个二选一的多路复用器。 scan内部结构： （D）运算器电路图
（2）波形仿真图 （A）输入两个数A=05H,B=0AH,O5H DR1,0AH DR2,并通过经由74181在总线上显示。
（B）对两个数进行各种数学运算和逻辑运算。加法运算：输出控制：s4s3s2s1=0001,M=0,CN=0 输出使能：ALU_BUS=0 计算结果：05H+0AH=10H
四：实验内容（二） 给定A,B两个数，设A=05H,B=0AH,完成几种常见的算术运算和逻辑运算画出运算的波形和仿真图 （1）逻辑运算：A and B,A or B,取反/A,A⊙B,A⊕B; /A A⊕B A⊙B A and B A or B 输入控制s3s2s1s0 0000 0110 1001 1011 1110 计算结果FAH 0FH F0H 00H 0FH
第1章计算机系统概论 1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解： 计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。 硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 2. 如何理解计算机的层次结构？ 答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。 （1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。 （2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。 （3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。 通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。 3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语
言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。 4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 ●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大 部件组成； ●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访 问； ●指令和数据均用二进制表示； ●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的 性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； ●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ●机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。
计算机组成原理大作业 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
计算机组成原理 大作业 院（系）：物联网工程学院 专业: 计算机科学与技术 班级： 学号: 姓名： 摘要 1.计算机硬件系统：到目前为止，计算机仍沿用由冯.诺依曼首先提出的基于总线的计算机硬件系统。其基本设计思想为： a.以二进制形式表示指令和数据。 b.程序和数据事先存放在存储器中，计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行。 c.由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机硬件系统。 2.计算机软件系统：所谓软件，就是为了管理、维护计算机以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。计算机的工作就是运行程序，通过逐条的从存储器中取
出程序中的指令并执行指令所规定的操作而实现某种特定的功能。微型计算机的软件包括系统软件和用户（应用）软件。 关键词：计算机系统硬件存储器控制器运算器软件 目录 摘要 (2) 第一章总体设计 (4) 问题描述 (4) 实验环境 (4) 软件介绍 (4) 模块介绍 (4) 实验目的 (5) 实验内容 (5) 第二章原理图 (6) 第三章管脚分配 (7) 第四章微程序设计 (8) 1. alu_74181 (8)
2. romc (9) 第一章总体设计 问题描述 从两个reg_74244中分别取出两数经过总线，各自分别到达两个寄存器reg_74373，再由两个寄存器到达运算器alu_74181，在运算器里经过运算得出结果，结果再由总线传输进入另外的一个寄存器reg_74373，输出。 实验环境 软件介绍 ISE的全称为Integrated Software Environment，即“集成软件环境”，是Xilinx公司的硬件设计工具。它可以完成FPGA开发的全部流程，包括设计输入、仿真、综合、布局布线、生成BIT文件、配置以及在线调试等，功能非常强大。ISE除了功能完整，使用方便外，它的设计性能也非常好，拿ISE 9.x来说，其设计性能比其他解决方案平均快30%，它集成的时序收敛流程整合了增强性物理综合优化，提供最佳的时钟布局、更好的封装和时序收敛映射，从而获得更高的设计性能。 模块介绍 微程序控制器 微程序控制器是一种控制器，同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已被
计算机组成原理A形考作业3参考解答 一、选择题 1.下列部件(设备)中，存取速度最快的是____B____。 A.光盘存储器 B.CPU的寄存器 C.软盘存储器 D.硬盘存储器 2.某SRAM芯片，其容量为1K×8位，加上电源端和接地端，该芯片引出线的最少数目应为___D___。 A.23 B.25 C.50 D.20 3.在主存和CPU之间增加Cache的目的是___C___。 A.扩大主存的容量 B.增加CPU中通用寄存器的数量 C.解决CPU和主存之间的速度匹配 D.代替CPU中的寄存器工作 4.在独立编址方式下，存储单元和I/O设备是靠___A___来区分的。 A.不同的地址和指令代码 B.不同的数据和指令代码 C.不同的数据和地址 D.不同的地址 5.随着CPU速度的不断提升，程序查询方式很少被采用的原因是__C____。 A.硬件结构复杂 B.硬件结构简单 C.CPU与外设串行工作 D.CPU与外设并行工作 6.在采用DMA方式的I/O系统中，其基本思想是在___B___之间建立直接的数据通路。 A.CPU与外设 B.主存与外设 C.CPU与主存 D.外设与外设 二、判断题判断下列说法是否正确，并说明理由。 1.CPU访问存储器的时间是由存储器的容量决定的，存储器容量越大，访问存储器所需的时间越长。 错。CPU访问存储器的时间不取决于存储器容量，而取决于存储器存取周期和存储器带宽。 2.引入虚拟存储系统的目的，是为了加快外存的存取速度。 错。引入虚拟存储系统的目的，是为了解决主存容量小、运行成本高的问题。 3.按主机与接口间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。 错。应该是按主机与外设间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。 4.DMA控制器通过中断向CPU发DMA请求信号。 错。应该是当结束数据传送时，DMA控制器通过中断向CPU发出请求信号。 三、简答题 1.在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？ 答：由主存、外存和高速缓存组成的三级存储体系是为了解决存储器的速度、容量的成本之间的矛盾。
实验一基础汇编语言程序设计 一、实验目的： 1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。 2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。 3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 二、预习要求： 1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。 2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。 3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。 4、了解实验内容、实验步骤和要求。 三、实验步骤： 在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。 第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。 第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。适用于比较短小的程序。此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。 第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。适用于规模任意大小的程序。
在这里我们只采用第一种方法。 在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步： 1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。 2、使用监控命令输入程序并调试。 ⑴用监控命令A输入汇编程序 >A 或>A 主存地址 如：在命令行提示符状态下输入： A 2000↙；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入如下形式的程序： 2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD 与R0 之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A 命令输入程序的操作过程） 若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。 ⑵用监控命令U调出输入过的程序并显示在屏幕上 >U 或>U 主存地址
一、填空题 1.按IEEE754规范，一个浮点数由、、三 个域组成，其中的值等于指数的加上一个固定。 2.在进行浮点加法运算时，需要完成为、、、、 和等步骤。 3.对阶时，使阶向阶看齐，使阶的尾数向移位， 每移一位，其阶码加一，直到两数的阶码相等为止。 4.提高加法器运算速度的关键是。先行进位的含义是。 5.现代计算机的运算器一般通过总线结构来组织。按其总线数不同，大体有、 和三种形式。 6.浮点运算器由和组成，它们都是运算器。只要求能 执行运算，而要求能进行运算。 7.两个BCD码相加，当结果大于9时，修正的方法是将结果，并产生进位输出。 8.设有七位二进制信息码0110101，则低位增设偶校验码后的代码为。 二、单项选择题 1.某数在计算机中用8421BCD码表示为0111 1000 1001，其真值是 A．789D B．789H C．1887D D．11110001001B 2.若某数x的真值为-0.1010，在计算机中该数表示为1.0110，则该数所用的编码方法 是码 A．原B．补C．反D．移 3.一个8位二进制整数，采用补码表示，且由3个“1”和5个“0”组成，则其最小 值是 A．-127 B．-32 C．-125 D．-3 4.下列数中最小的数为 A．101001B B．52Q C．29D D．233H 三、简答题 1.说明定点运算器的主要组成 2.说明双符号位法检测溢出的方法 四、计算与分析题 1.将十进制数（24/512）表示成浮点规格化数，要求阶码4位（含符号），移码表示； 尾数6位（含符号），用补码表示 2.写出十进制数-5的IEEE754编码 3.教材P69-5.1：已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出 1)X=0.11011，y=0.00011 4.教材P70-7.1：试用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器、直接补码并行乘法计算x ×y 1)X=0.11011，y=-0.11111 5.教材P70-8.1：用原码阵列除法器计算x÷y 1)X=0.11000，y=-0.11111 6.教材P70-9.1：设阶码3位，尾数6位，按浮点运算方法，完成以下取值的[x+y]、 [x-y]运算 1)X=2-011×0.100101，y=2-010×（-0.011110） 一、填空题 1.符号位S，阶码E，尾数M，阶码E，真值e，偏移值 2.零操作数检查，对阶，尾数求和，结果规格化，舍入处理，溢出处理 3.小，大，小，右，右 4.降低进位信号的传播时间，低有效位的进位信号可以直接向最高位传递 5.单总线结构，双总线结构，三总线结构
计算机组成原理课程设 计 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
《计算机组成原理》大作业报告 题目名称：交通灯控制系统设计 学院（部）：计算机学院 专业：计算机科学与技术 学生姓名： 班级 学号 最终评定成绩： 湖南工业大计算机学院 目录 摘要 交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流
量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。近年来随着科技的飞速发展，的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 本系统采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。 本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。 软件上采用C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。 1. 引言 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，19xx年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 19xx年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的 4 红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。19xx年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉
14春13秋 13春电子科大《计算机组成 14春13秋 13春电子科大《计算机组成原理》在线作业3 1 2 试卷总分：100 测试时间：-- 单选题、单选题（共 25 道试题，共 100 分。） 1. 以下描述中基本概念不正确的是（）。 A. PCI总线是层次总线 B. PCI总线采用异步时序协议和分布式仲裁策略 C. Futurebus+总线能支持64位地址 D. Futurebus+总线适合于高成本的较大规模计算机系统满分：4 分 2. 双端口 存储器所以能高速进行读写，是因为采用（）。 A. 高速芯片 B. 两套相互独立的 读写电路 C. 流水技术 D. 新型器件满分：4 分 3. 在集中式总线仲裁中,（）方式对电路故障最敏感。 A. 链式查询 B. 计数器定时查询 C. 独立请求满分：4 分 4. 存储单元是指（）。 A. 存放一个机器字的所有存储元 B. 存放一个二进制信息位的存 储元 C. 存放一个字节的所有存储元的集合 D. 存放两个字节的所有存储元的集合 满分：4 分 5. 从信息流的传送效率来看，（）工作效率最低。 A. 三总线系统 B. 单总线系统 C. 双总线系统 D. 多总线系统满分：4 分 6. 程序控制类指令的功能是（）。 A. 进行算术运算和逻辑运算 B. 进行主存和CPU之间的数据传送 C. 进行CPU和I/O设备之间的数据传送 D. 改变程序执行的顺序满分：4 分 7. 带有处理器的设备一般称为（）设备。 A. 智能化 B. 交互式 C. 远程通信 D. 过程控制满分：4 分 8. 至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是（）。 A. 节约元件 B. 运算速度快 C. 物理器件性能决定 D. 信息处理方便满分：4 分 9. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在（）。 A. 通用寄存器 B. 程序计数器 C. 堆栈 D. 主存 单元满分：4 分 10. 对计算机的产生有重要影响的是（）。 A. 牛顿、维纳、图灵B. 莱布尼兹、布尔、图灵 C. 巴贝奇、维纳、麦克斯韦 D. 莱布尼兹、布尔、克雷 满分：4 分 11. 描述汇编语言特性的概念中，有错误的句子是（）。 A. 对程序员 的训练要求来说，需要硬件知识 B. 汇编语言对机器的依赖性高 C. 用汇编语言编制程序的难度比高级语言小 D. 汇编语言编写的程序执行速度比高级语言快满分：4 分 12. 中断向量地址是（）。 A. 子程序入口地址 B. 中断服务例行程序入口地址 C. 中断服务例行程序入口地址的指示器 D. 中断返回地址满分：4 分 13. 在微型机系 统中,外围设备通过（）与主板的系统总线相连接。 A. 适配器 B. 设备控制器 C. 计数器 D. 寄存器满分：4 分 14. 某一SRAM芯片，其容量为512×8位，考
实验3 MIPS指令系统和MIPS体系结构 一.实验目的 （1）了解和熟悉指令级模拟器 （2）熟悉掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法 （3）熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解（4）熟悉MIPS体系结构 二. 实验内容和步骤 首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统。（1）、启动MIPSsim （2）、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。
（3）、参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。 （4）、选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。 （5）、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 0x00000000 。
（6）、执行load和store指令，步骤如下： 1)单步执行一条指令（F7）。 2)下一条指令地址为 0x00000004 ，是一条有(有，无)符号载入字节 (字节，半字，字)指令。 3)单步执行一条指令（F7）。 4)查看R1的值，[R1]=-128。
5)下一条指令地址为 0x00000008 ，是一条(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。 6)单步执行1条指令。 7)查看R1的值，[R1]=128。 8)下一条指令地址为 0x0000000C ，是一条无(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。 9)单步执行1条指令。
10)查看R1的值，[R1]=128。 11)单步执行1条指令。 12)下一条指令地址为 0x00000014 ，是一条保存字(字节，半字，字)指令。 13）单步执行一条指令。